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第14屆學術人才養成計畫在7月29日(五)下午,很榮幸再度邀請到初中第9屆畢業,目前受聘於臺灣大學電機研究所特聘教授顏嗣鈞學長蒞校,以「神機妙算領導未來,超級計算機都在算什麼?」為題進行演講。以下是高二同學的講座報導:
高二愛班 袁翊展/李嘉桻 共同報導
講座一開始,學長首先依照電腦發展歷史順序來帶領同學們認識電腦的發展過程,接著探討非傳統電腦以及量子電腦的應用,讓大家得以透過淺顯易懂的數學、物理概念來認識「計算」的本質及其不同執行方法。
接下來,介紹「計算」的定義。在科技發達的時代中,計算已不再只限於人類動腦,包含電腦能透過一個個計算步驟(又稱單元)算出結果的東西,都屬於計算。教授也帶領我們認識計算機的發展史:由於古希臘的三大幾何難題單純利用尺規是無法破解的,所以出現了珠算盤、計算機、記數計算機、圖靈機、一般電腦,甚至是可以短時間完成大量複雜計算的超級電腦,提升了我們分析大規模數據的速度和效率。
緊接著學長說明了現今的電腦是如何進行計算的。近代電腦所使用的馮紐曼架構,包含輸入、輸出設備、存儲器、控制器以及運算器。馮紐曼架構一次只會執行一個指令,效率很低,而現今電腦運算中極為重要的概念——平行化就可以提高運算效率。教授也介紹了近年來新興的非傳統電腦類型——生物計算,生物計算中的 DNA 計算即可一次處理大量資料,不過目前面臨的問題是需要大量的材料及時間才能運作,亟待克服。
學長將電腦與量子力學的相關知識結合,分享量子電腦的相關知識。量子版本的電腦位元,不同於傳統位元是0或1,量子位元是0到1之間的疊加狀態。而量子電腦也有相關的演算法,例如隨機咖啡機理論就是量子版本的機率。Grover量子演算法則是利用平行化來進行資料的尋找。
最後學長提出了「超級電腦到底可以算多快?」的問題,教授強調,就「運算能力」而言,圖靈機、個人電腦與超級電腦的能力一樣強,只不過運算速度不同導致效率不同。英特爾創辦人之一,戈登.摩爾指出,積體電路上可容納的電晶體數目約每隔兩年會增加一倍,此即是預測未來電腦運算效率的重要法則——摩爾定律。而現今世界上的前幾名超級電腦已可進行每秒上千兆次的運算,未來想必可以應用在各種領域上,而我們也將能看見這些新式計算機在科技時代中的應用與成果。
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